Il teorema reciproco di Lorentz può ora essere applicato ai fluidi con simmetrie rotte. Gli scienziati dell'Istituto Max Planck per la dinamica e l'auto-organizzazione (MPI-DS) di Gottinga hanno trovato un modo per adattare questo teorema classico anche ai fluidi con viscosità dispari. La loro scoperta apre un nuovo modo di esplorare sistemi con simmetrie rotte.
Le simmetrie sono fondamentali per la fisica. In generale, un processo fisico è considerato simmetrico se appare identico se visto come un'immagine speculare o quando il tempo è invertito. In idrodinamica, una conseguenza è che il flusso attorno a un oggetto in movimento è lo stesso come se la direzione del movimento fosse invertita. L'invarianza delle linee di flusso fa sì che la forza sull'oggetto rimanga invariata durante l'inversione del movimento. Ciò è descritto dal teorema reciproco di Lorentz, che consente ai ricercatori di risolvere anche problemi complessi di fluidodinamica.
Tuttavia, alcuni sistemi mostrano simmetrie rotte che danno luogo ad una cosiddetta viscosità dispari del fluido. In questo caso il teorema di Lorentz non può essere applicato. Gli scienziati Yuto Hosaka, Ramin Golestanian e Andrej Vilfan del Dipartimento di Fisica della Materia Vivente dell’MPI-DS hanno ora acquisito nuove conoscenze su tali sistemi con simmetrie rotte. Il loro articolo è pubblicato sulla rivista Physical Review Letters .
"Abbiamo trovato un modo per estendere il teorema alla viscosità dispari senza violazioni", riferisce Yuto Hosaka, primo autore dello studio. "La nostra generalizzazione consente un'ampia gamma di calcoli analitici per i fluidi, compresi i microrganismi semoventi nei sistemi viventi."
I ricercatori hanno utilizzato le loro nuove conoscenze per analizzare il comportamento di diversi micronuotatori. Grazie alla loro generalizzazione, il teorema di Lorentz può collegare il comportamento dei micronuotatori in movimento a oggetti non mobili della stessa geometria con viscosità dispari.
Tuttavia, questa applicazione non si limita all’idrodinamica dei micronuotatori. "Poiché esistono teoremi reciproci correlati in un'ampia gamma di campi fisici, il nostro lavoro offre ai ricercatori un nuovo strumento per esplorare i sistemi con simmetrie rotte", conclude Hosaka.
Ulteriori informazioni: Yuto Hosaka et al, Teorema reciproco di Lorentz nei fluidi con viscosità dispari, Lettere di revisione fisica (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.178303
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
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